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Nuklearmedizin

Einführung in das Fachgebiet

Bildgebende Diagnostik

• Sonographie• Röntgendiagnostik

– konventionell, Computertomographie• Kernspintomographie (MRT)• nuklearmedizinische Verfahren

– konventionell, SPECT, PET

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Nuklearmedizin

Gegenstand:

Diagnostik und Therapie durch Anwendung offener radioaktiver Substanzen

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Nuklearmedizin -Geschichte

• 11/1895 Entdeckung der X-Strahlen durch W.C.Röntgen

• 2.3.1896 Entdeckung der Radioaktivität durch Marie Curie und Henri Becquerel– Entdeckung, dass im Dunkeln gelagerte

Fotoplatten durch Uransalz geschwärzt worden sind = Prinzip der Filmdosimetrie

• 1923 - Entwicklung der Indikatortechnik (Tracerprinzip) durch Georg von Hevesy

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Nuklearmedizin - Tracerprinzip• Lebende Organismen können nicht zwischen den

verschiedenen Isotopen eines Elementesunterscheiden.

• Ein radioaktives Isotop nimmt in gleicher Weisewie ein inaktives an Transport-, Stoffwechsel-und Ausscheidungsvorgängen teil.

• Das radioaktive Isotop kann über seineemittierte Strahlung von außen gemessenwerden - es dient als Indikator oder Tracer

Beispiel: 127I - inaktiv , 123I / 131I - aktiv * alle Jodisotope werden gleichermaßen von der SD aufgenommen

Nuklearmedizin - Geschichte

• 1926 erste Studien des Blutflusses durch Blumgart• 1934 Entdeckung der künstlichen Radioaktivität

durch Irene Joliot-Curie und Frederic Joliot• 1938 erste Schilddrüsendiagnostik mit Jod-131• 1942 erster Kernreaktor• 1942 1.Therapie einer SD-Überfunktion mit Jod• 1958 Entwicklung der Gammakamera durch Anger• 1962 Einführung von 99mTc in die nukl. Diagnostik• 1963 Einführung der SPECT• 1975 Einführung der PET

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Grundlagen der Nuklearmedizin

• Strahlenphysik– Messung der Strahlung

• Strahlenbiologie– Wechselwirkungen zwischen Strahlung

und Materie• Radiochemie

– Markierung von radioaktiven Substanzen

Radiochemie - Grundbegriffe

• Radionuklid = radioaktives Isotop– z.B. 99mTc oder Tc-99m

• Radiopharmakon = radioaktives Isotop gekoppelt an eine chemische Substanz, die die Anreicherung im biologischen System vorgibt– z.B. 99mTc-HDP oder 123I-Hippuran

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Radionuklidproduktion

• Reaktornuklide• 131Iod, 99Molybdän

• Zyklotronprodukte• 201Thallium, PET-Radionuklide

• Generatorprodukte• 99mTechnetium

Zyklotron

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Auswahlkriterien für Radiopharmaka

1. Pharmakokinetik - Rückschlüsse auf die Organfunktion durch kinetisches Verhalten des Radiopharmakons

2. Affinität - selektive Anreicherung in einem Organ

3. Halbwertzeit - kurze physikalische und biologische HWZ

4. Stabilität in vivo - keine chemischen Veränderungen

5. Radiotoxizität - nur niedrige Toxizität zur Diagnostik

6. Strahlenart - reine Gammastrahler zur Diagnostik

7. Strahlungsenergie - günstiger Bereich 100 - 300 keV

Radionuklide zur Diagnostik

Radionuklid Strahlenart Physik. HWZ Energie

99mTc γ 6 h 140 keV

123Iod γ 13 h 159 keV

111In γ 2,6 d 170 keV240 keV

201Tl γ 3,1 d 80 keV

51Cr γ 28 d 320 keV

133Xe γ 5,3 d 80 keV

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Stellenwert von 99mTc in der nuklearmedizinischen Diagnostik

• Kurze physikalische Halbwertzeit (6 Std.)• reiner Gammastrahler • günstige Gammaenergie (140 keV)• als Generatorprodukt ständig verfügbar und

daher ständig einsetzbar• guter Komplexbildner • kostengünstig

Radionuklide zur Therapie

Radionuklid Strahlenart Physik. HWZ Gammaenergie

131I β , γ 8 d 364 keV

90Y β 64 h

153Sm β , γ 46 h 103 keV

32P β 14 d

186Re β , γ 90 h 137 keV

89Sr β 50 d

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Einführung in die

klinische Nuklearmedizin

• Nuklearmedizinische Diagnostik

– Funktions- und Stoffwechseldiagnostik

verschiedener Organe bzw. Organsysteme

• Nuklearmedizinische Strahlentherapie

– Durchführung von Behandlungsverfahren

mit offenen radioaktiven Isotopen

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Nuklearmedizinische Diagnostik

• Szintigraphie = bildliche Darstellung einer Radioaktivitätsverteilung im Körper durch Messung von außen – Statische Szintigraphie – stationäre Verteilung– Dynamische Szintigraphie – Darstellung von

Funktionsabläufen – Schichtverfahren = Emissionstomographie

• SPECT und PET

Statische SzintigraphieBeispiele

-Schilddrüsenszintigraphie

-Skelettszintigraphie

(Ganzkörperszintigraphie)

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Schilddrüsenszintigraphie

• Radiopharmaka:• 123I-Iodid, 131I-Iodid, 99mTc-Pertechnetat

• Prinzip:• Radioaktives Jod wird wie nicht aktives Jod in

die Schilddrüse aufgenommen und in die Hormone eingebaut

• Aufnahme von Tc-Pertechnetat über gleichen Mechanismus, aber kein Einbau in Hormone

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SchilddrüsenszintigraphieIndikationen

• Abklärung des Funktionszustandes von Schilddrüsenknoten - Differenzierung in „kalte“ und „heiße“ Knoten

• Abklärung der Ursache einer Hyperthyreose– funktionelle Autonomie, Morbus Basedow

• Therapiekontrolle nach Operation oder Radiojodtherapie

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Bildgebende Diagnostik des Skelettsystems

Röntgenuntersuchungdes Knochens

Skelettszintigraphie

Abbild des Knochensin Abhängigkeit vomMineralsalzgehalt

Abbild desKnochenstoffwechsels

SkelettszintigraphieGrundlagen

• radioaktiv markierte Phosponate lagern sich

an der Knochenoberfläche in Abhängigkeit

von Durchblutung und Stoffwechsel an

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SkelettszintigraphieIndikationen

• Onkologie– ossäre Metastasierung, primäre Knochentumoren

• Traumatologie– Nachweis einer Fraktur bei fraglichem Röntgenbefund

• Rheumatologie– entzündliche Skelett- und Gelenkerkrankungen

• Orthopädie– Lokale entzündliche Knochenerkrankungen– Lockerung einer Totalendoprothese

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Erwachsener Kind

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Dynamische SzintigraphieBeispiel

Nierenfunktionsszintigraphie

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Nierenfunktionsszintigraphie

• Beurteilung der tubulären Funktion

– mit 99mTc-MAG3 bzw. 123I-Hippuran

• Beurteilung der glomerulären Filtration

– mit 99mTc-DTPA

Nierenfunktionsszintigraphie

• Prinzip:– Radioaktiv markierte nierengängige Substanz

wird intravenös injiziert und die Ausscheidung durch die Nieren aufgezeichnet

• Indikationen:– Funktionsbeurteilung der Nieren bei Chemo-

oder Strahlentherapie– Funktionelle Relevanz von Harnabflussstörungen

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Emissionstomographie

1. SPECT = single photon emission computer tomography

• Myokardszintigraphie

2. PET = Positronenemissionstomographie• Einsatz von 18F-FDG in der Tumordiagnostik

MyokardszintigraphieDurchführung

• Radiopharmaka- 99mTc-MIBI (Cardiolite), 201Thallium

• Vorbereitung des Patienten– herzwirksame Radiopharmaka, insbes. Nitrate beachten

• Belastungsuntersuchung– Ergometrie: Belastung auf Fahrrad oder Laufband,

– medikamentöse Belastung: Infusion von Adenosin

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Normale Myokardperfusion in Ruhe und Belastung

Belastungsischämie im Myokardszintigramm

Belastung

Ruhe

Belastung

Ruhe

Belastung

Ruhe

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Ausgedehnte Myokardnarbe ausgehend von der Herzspitze

MyokardszintigraphieIndikationen

• Verdacht auf koronare Herzkrankheit– meist bei Diskrepanz von Klinik und Belastungs-EKG

– vor der invasiven Diagnostik (Koronarographie)

• Ausmaß der Myokardschädigung nach Infarkt– Indikationsstellung zur Therapie: PTCA, Bypass-Op.

– nach der invasiven Diagnostik (Koronarographie)

• Verlaufskontrolle nach PTCA oder Bypass-Op.

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Positronenemissionstomographie

• Prinzip:– Messung der sekundären Vernichtungsstrahlung,

die beim Zusammentreffen von Elektron und Positron entsteht (2 Gammaquanten mit entgegengesetzter Richtung)

– Gammaquanten müssen von gegenüberliegenden Detektoren gleichzeitig gemessen werden

• Geräte:– PET-Scanner, Doppelkopfkamera

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Nuklearmedizinische Therapie

Beispiel:

Radiojodtherapie von gutartigen bzw. bösartigen Erkrankungen der Schilddrüse

Radiojodtherapie - Grundlagen

• Selektive Anreicherung von Jod in der Schilddrüse

• Aufnahme von 30-70% entspr. der Jodversorgung

• mittlere Reichweite der β-Strahlung 0,44 mm

• maximale Reichweite 2,2 mm

• steiler Dosisabfall zu den Organen der Umgebung

Therapie aus Strahlenschutzgründen unter stationären Bedingungen!

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Radiojodtherapie - Indikationen

• Gutartige Erkrankungen der Schilddrüse– Hyperthyreose (Überfunktion der Schilddrüse)

durch funktionelle Autonomie oder M. Basedow– Volumenverkleinerung bei Kontraindikationen

zur Schilddrüsen – Operation• Schilddrüsenkarzinome

– Nachbestrahlung 4 Wochen nach Operation– Behandlung jodspeichernder Metastasen

Radiojodtherapie - Kontraindikationen

• Schwangerschaft, Stillperiode

• Verminderte Jodaufnahme durch Blockade

• Strahlenhygienische Ursachen wie Inkontinenz und Pflegebedürftigkeit

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Besonderheiten derRadiojodtherapiestation:

- Patienten müssen imZimmer bleiben

- keine Besuche währenddes Aufenthaltes

- wenig Kontakt zumPersonal der Station

- „pure Langeweile“

Abwasserschutzanlage = Abklinganlage

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Beseitigung der Überfunktion: - bei einer Autonomie in 80 - 90 %- bei Morbus Basedow in über 90%

voller Wirkungseintritt nach 2-3 Monaten

Verkleinerung der Schilddrüse:- bei Struma bis auf 50%, - bei Morbus Basedow auf 20-30%, - bei umschriebener Autonomie auf 20-25%

Autonomes Adenomrechter SD-Lappenvor Radiojodtherapie

Zustand nach Radiojodtherapie(6 Monate später)

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Lungenmetastasen vor Therapie 3 Monate nach Radiojodtherapie

Strahlenschutz - Gesetze

• Euratom - Richtlinie

• Atomgesetz

• Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)– gültig seit 07/2001

• Richtlinie Strahlenschutz in der Medizin– gültig seit 08/2002

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Strahlenschutz des Patienten

• Exakte Indikationsstellung - Abwägen von Nutzen und Risiko – zuerst Verfahren ohne Strahlenbelastung ? Rechtfertigende Indikation (§80 StrSchV)

• Medizinische Konsequenz des Ergebnisses

• Untersuchung bei Schwangeren nur im Notfall

• Durchführung der Untersuchung nach dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik >> Leitlinien !

• Erhöhung der Trinkmenge >> schnelle Ausscheidung

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Strahlenexposition des Personals

• Dosisgrenzwerte nach StrlSchV– zulässige effektive Dosis für Personen der

Allgemeinbevölkerung = 1 mSv/a

– zulässige effektive Dosis für beruflich strahlenexponierte Personen Kategorie B = 6 mSv/a

– zulässige effektive Dosis für beruflich strahlenexponierte Personen Kategorie A = 20 mSv/a

– Berufslebensdosis = 400 mSv

Grundregeln für das Arbeiten mit offenen radioaktiven Stoffen

• Gute Arbeitsvorbereitung• Arbeiten hinter Abschirmungen, zügiges Arbeiten• Tragen von Schutzkleidung, keine Bleischürzen !!• Arbeiten unter Abzug, v.a. beim Öffnen geschlossener

Ampullen oder bei Herstellung von Radiopharmaka• Verbot von Essen, Trinken, Rauchen u.ä. in Räumen, wo

mit Aktivität umgegangen wird• Abstand vom Patienten während der Untersuchung

- Abstandsquadratgesetz !